基于RFID的天線阻抗自動(dòng)匹配技術(shù)的設(shè)計(jì)

　　本文提出了一種自動(dòng)匹配技術(shù)，其電路如圖3所示，主要包含測(cè)量電路，匹配電路和控制電路。因?yàn)槭止てヅ浞椒ê臅r(shí)長(zhǎng)，且需要良好的意識(shí)和豐富的經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇合適的電容，另外必須配備一些昂貴的設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)分析儀或阻抗分析儀等。對(duì)于一些小公司來(lái)說(shuō)，是不現(xiàn)實(shí)的。同時(shí)，一些手持式RF設(shè)備的發(fā)展使得手動(dòng)匹配越來(lái)越不適應(yīng)。對(duì)于這些移動(dòng)設(shè)備，最理想的天線電路應(yīng)該僅僅包含集成模塊，且隨著阻抗變化可以自動(dòng)匹配。

圖3　自動(dòng)調(diào)諧匹配電路圖

　　2. 1　測(cè)試電路

　　手工匹配采用的是阻抗分析儀或者網(wǎng)絡(luò)分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀是用定向耦合器來(lái)測(cè)量天線電路的反射系數(shù)。但使用定向耦合器有幾個(gè)主要的缺點(diǎn)，例如功率損耗大和很難嵌入到IC芯片。故而本文在電路中不使用耦合器，從圖3看出，測(cè)量電路包含以下4部分。

　　(1)測(cè)量電橋　用來(lái)測(cè)試天線的反射系數(shù)。主體部分為惠斯通電路，如圖4所示。其電路中的直流電源用波形產(chǎn)生器替代，用來(lái)生成13. 56 MHz的正弦載波信號(hào)。其中電阻R1、R2、R3 都為50 Ω。

　　根據(jù)基爾霍夫定律，得I1 - I2 + Id = 0， I3 - IZ - Id =0， I1 R1 + I2 R2 - I3 R3 = IZ Z，得Z = R2*R3/R1= 50Ω。

　　電橋平衡即Vd = 0，當(dāng)Vd 的大小和相位都為0時(shí)，天線阻抗調(diào)諧完成。Vd 計(jì)算公式為: Vd = |V2 -VZ | ，V2 = I2 R2 ， VZ = IZ Z。

　　(2)振幅測(cè)量電路　測(cè)量V2 和VZ 幅度， 并反饋到控制器。電路內(nèi)部的整流器調(diào)整V2 和VZ 的幅度，消去輸入信號(hào)的負(fù)半波，為了滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入范圍要求，最后得到的信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波和放大電路傳送到控制器。經(jīng)過(guò)控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換后，比較兩路信號(hào)的幅度，計(jì)算出Vd 的值。

　　較兩路信號(hào)的幅度，計(jì)算出Vd 的值。

　　(3)相位測(cè)量電路　測(cè)量V2 和VZ 的相位， 并反饋到控制器。

　　(4)振幅測(cè)量電路　測(cè)量V2 和VZ 的幅度，并反饋到控制器。

圖4　測(cè)量電橋

　　在設(shè)計(jì)中用一個(gè)已經(jīng)過(guò)手動(dòng)調(diào)諧的天線電路來(lái)驗(yàn)證測(cè)量電路。手動(dòng)調(diào)諧電路以圖1 的電路為基礎(chǔ)，用微調(diào)電容器取代電容C1 和C2 ，將天線電路連接到測(cè)量電橋，調(diào)節(jié)微調(diào)電容器，使測(cè)量到信號(hào)的幅度和相位近似為0。然后在TX1、TX2 兩點(diǎn)測(cè)量天線的反射系數(shù)。測(cè)量結(jié)果如圖5所示，在頻率為13.

　　56MHz時(shí)，參數(shù)S11近似為0。這種檢查流程已成功經(jīng)過(guò)幾種不同阻抗的RFID天線檢測(cè)，在頻率為13.

　　56MHz時(shí)，測(cè)試天線的S11參數(shù)偏差都大體相同。

　　這表明，這個(gè)偏差在測(cè)量電路中，是不可避免的，且不影響匹配。

圖5　天線的smit圖